Resilienz
Cyber Physical Systems (CPS), zu Deutsch auch „Cyber-Physische Systeme“, sind Systeme, die aus Mikrocomputern bestehen, welche in ein physikalisches System eingebettet sind. Die CPS interagieren dabei mittels Aktuatoren und Sensoren mit dem physikalischen Umfeld in dem sie sich befinden. Im Unterschied zu klassischen eingebetteten Systemen sind CPS über eine Schnittstelle entweder untereinander mit weiteren CPS oder dem Internet verbunden.
Zukünftige Cyber Physical Systems sind smart, stark vernetzt und autonom. Sie verwenden zukunftsweisende Technologien wie KI-gestützte Entscheidungsprozesse sowie Maschinelles Lernen, um ihre Umgebung besser wahrnehmen und interpretieren zu können. Dieser Innovationssprung bringt jedoch erhebliche Hürden mit sich. Der Bruch mit bisherigen Praktiken bedeutet auch, dass etablierte Entwicklungs- und Bedienprozesse für solche Systeme überholt sind.
Um trotz zunehmender Systemkomplexität einen robusten Betrieb bei minimierten Sicherheitsrisiken zu gewährleisten, müssen wir unser Verständnis von Sicherheit neu definieren: Resilienz ist der Schlüsselbegriff, welcher eine Lösung für die schnell wachsende Angriffsoberfläche verspricht. Resiliente Systeme sind darauf ausgelegt, auch im Falle einer böswilligen (oder versehentlichen) Beeinträchtigung reagieren zu können, um die maximal erzielbare Systemfunktion wiederherzustellen.
Das Projekt Resilienz verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz. Zum einen werden algorithmische Resilienz-Mechanismen integriert. Dies sind Algorithmen, die das System überwachen und im Störungsfall versuchen, die volle Funktionalität des CPS wiederherzustellen. Zum anderen soll auch Resilienz auf Systemebene berücksichtigt werden, um fehlerhaftes Verhalten im Zusammenspiel aller vernetzten Komponenten und der beteiligten Bediener zu erkennen und zu beheben. Die entwickelten Mechanismen werden anschließend mit Beispielanwendungen eines Flugzeugcomputers und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle im Rahmen eines Fluglotsen-Szenarios erprobt. Das Ziel ist dabei, den aktuellen Stand der Technik für resilienten Software und Softwareentwicklung sowie der Fehlertoleranz und Anomalieerkennung voran zu bringen.
Das Institut für Softwaretechnologie erforscht bei Resilienz neue Rekonfigurationsmechanismen für verteilte Systeme. Diese Rekonfiguration soll im Rahmen eines Hypervisor-Kontexts durchgeführt werden. Ein Hypervisor ist dabei eine Softwarelösung, die es ermöglicht, mehrere Softwareeinheiten, parallel und störungsfrei auf einem CPS laufen zu lassen. Sollte nun eins der CPS ausfallen, sollen diese Untersysteme wiederrum auf andere CPS verteilt werden.
Weiterhin unterstützt das Institut für Softwaretechnologie die Erforschung von möglichen Datenentnahmepunkten für eine Anomalieerkennung und die Integration der Software zusammen mit dem Prototyp des Flugzeugcomputers.
Projektlaufzeit:
- 2022 - 2024
Projektmitwirkende:
Publikationen zu diesem Projekt: